Regionale Refabrikationsnetzwerke - Potenziale und Herausforderungen der lokalen Wiederaufarbeitung von Produkten

André Ullrich, Edzard Weber und Norbert Gronau

Die Herstellung von Produkten bindet Energie sowie auch materielle Ressourcen. Viel zu langsam entwickeln sich sowohl das Bewusstsein der Konsumenten sowie der Produzenten als auch gesetzgebende Aktivitäten, um einen nachhaltigen Umgang mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen zu realisieren. In diesem Beitrag wird ein lokaler Refabrikations-Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, effiziente Lösungen für die regionale Wiederund Weiterverwendung von Gütern anzubieten sowie lokale Unternehmensnetzwerke zu fördern.

Das immer noch gegenwertig vorherrschende Konzept der Wegwerfprodukte für den einmaligen Gebrauch verstößt gegen die Idee der nachhaltigen Entwicklung, von der sich die Menschheit eigentlich seit Jahrtausenden leiten lässt. Vor dem Hintergrund der Endlichkeit vieler Ressourcen, der fortscheitenden Umweltbelastung und des zunehmenden gesellschaftlichen Drucks erfordert dies jedoch eine radikale Änderung von Produktions-/Konsumverhaltens der Akteure sowie auch des grundsätzlichen Ansatzes notwendigen Wirtschaftswachstums [1]. Auf der anderen Seite treiben Märkte, Gesetzgebung und ein wachsendes gesellschaftliches Bewusstsein für verantwortungsvollen Konsum und Verhalten die Refabrikation von Produkten voran. Refabrikation bezieht sich auf einen Lebenszyklus-Erneuerungsprozess. Im Rahmen dieses Prozesses werden Produkte, die aus Baugruppen oder mehreren Einzelteilen bestehen, demontiert, um anschließend aufgearbeitet oder gegebenenfalls teilweise ersetzt zu werden, damit sie wieder in das funktionsfähige Produkt eingebaut werden können. Auf diese Weise können die gesamte Baugruppe oder die demontierten Einzelteile wiederverwendet werden. Allerdings haben produzierende Unternehmen noch relativ wenige Berührungspunkte mit der Kreislaufwirtschaft und sind sich deren Potenzials nicht bewusst [2]. Darüber hinaus ist eine kosteneffiziente Bewertung des Zustands der Einzelteile oft problematisch und die Bewertungsverfahren nach der Einzelteiltrennung sind technisch aufwendig (z.B. Scan- und Prüfverfahren). Zudem sind diese Bewertungsverfahren meist erst nach Abschluss der Demontage verfügbar. Hier kann die Konzeptionierung, Datenerfassung und Simulation von Refabrikations-Prozessen helfen. Dabei können Vorabinformationen über die Produktnutzung mittels Machbarkeitsanalyse den Demontageaufwand im Vorfeld minimieren und Aufschluss über verbaute Einzelteile und deren Zustand geben. Darüber hinaus ermöglichen Vorabinformationen, sofern sie zugänglich sind, auch den Einsatz von Komponenten anderer Hersteller, so dass eine größere Interoperabilität gewährleistet werden kann. Vorabinformationen über die Produkte können somit den Wiederaufbereitungsprozess kosteneffizient machen und auch Informationen über das zukünftige Produktdesign liefern, um die Wiederaufbereitung neuer Produktvarianten zu erleichtern. Ein wichtiger Aspekt ist jedoch die Reduzierung des logistischen Aufwands, da dieser negative Effekte auf die Umwelt ausübt. Die Regionalisierung ist somit eine zusätzliche, aber letztlich konsequente Herausforderung für Refabrikations-Prozesse und -Ansätze. Entsprechend der skizzierten Problemstellung soll dieser Artikel eine Lücke füllen, indem er einen ex-ante-Ansatz für die Gestaltung lokaler Refabrikationsketten und die Simulatiovon Handlungsalternativen liefert.

Ein regionaler Refabrikationsnetzwerk-Ansatz

Der Ansatz für ein regionales Wiederaufbereitungsnetz muss Aufgaben abdecken, die über den allgemeinen Wiederaufbereitungsansatz hinausgehen. Die Absicht ist, dass die Wiederaufarbeitung von und mit Akteuren aus einer bestimmten Region durchgeführt wird. Hierfür müssen die richtigen Kompetenzen und die entsprechenden Spezialisten identifiziert werden. Fachleute und Kunden müssen von der Teilnahme an einem solchen Netzwerk überzeugt werden, indem die Machbarkeit und die wirtschaftliche Tragfähigkeit nachgewiesen werden. Der eigentliche Aufbereitungsprozess ist eingebettet in eine gemeinsame Planung für das gesamte regionale Netzwerk. Das Vorgehensmodell [3] umfasst somit Aufgaben der Produktionsplanung, des Supply Chain Managements, des Qualitätsmanagements und des Stakeholder-Managements, die durch die Rolle eines Netzwerkmanagers sichergestellt werden.

1. Ein potenzieller Auslöser für den regionalen Refabrikations-Prozess kann eine Kundenanfrage sein. Diese Anfrage wird zusammen mit allen weiteren Anfragen zur Wiederherstellung von Produkten ausgewertet, um Trends oder akute Schwerpunktaufträge zu identifizieren, die priorisiert oder mit besonderer Systematik bearbeitet werden sollten. Der Kundenkontakt kann bei jedem Partnerunternehmen im Netzwerk initiiert werden. Auch die Bedarfsanalyse wird von allen Partnerunternehmen gemeinsam durchgeführt. Der Netzwerkmanager ist für die zentrale Pflege der Kundendaten, Kundenanfragen und Analyseroutinen verantwortlich.

2. Die Pflege und der Ausbau der Kontakte zu den Partnerunternehmen des Netzwerks ist eine weitere zentrale Aufgabe des Netzwerkmanagers. Das Netzwerk prüft, ob die notwendigen Kompetenzen vorhanden sind, um akute oder potentielle Aufträge zu erfüllen. Die spätere Planung und Durchführung ist nicht selbstorganisiert. Dafür sind die individuellen Geschäftsziele und Rahmenbedingungen der beteiligten Unternehmen zu dominant. Die zentrale Planung arbeitet auf der Basis der Daten, die die Netzwerkteilnehmer ihrerseits selbstorganisiert dem Netzwerk zur Verfügung stellen. Jedes Unternehmen muss sich bewusst sein, dass eine Beteiligung an einem Aufarbeitungsauftrag wahrscheinlicher ist, wenn die Informationen über die eigene Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit aktuell sind. Das Netzwerk kann sich z.B. auf bestimmte Branchen, Ausfallsicherheit und regionale Selbstversorgung konzentrieren. Diese strategischen Überlegungen müssen von allen Partnerunternehmen verstanden und unterstützt werden. Deshalb werden in speziellen Netzwerktreffen verschiedene Szenarien und Akteurskonstellationen durchgespielt. Hier werden neue Potenziale und effektive Beziehungen innerhalb des Netzwerks aufgedeckt und diskutiert. Der Netzwerkmanager pflegt die bereitgestellten Stammdaten der Partnerunternehmen und initiiert die strategische Vernetzung.

3. In der Phase der Machbarkeitsprüfung wird die technische Umsetzung des Refabrikations-Prozesses überprüft. Zentrale Fragen betreffen die korrekte Zerlegung und die notwendigen Produktund Akteursdaten, um diesen Prozess überhaupt steuerbar zu machen. Die Verifikation wird mittels einer Simulation durchgeführt. Bei einer Cyber-Physikalischen Simulation wird den Partnerunternehmen direkt aufgezeigt, auf welchen Arbeitsaufwand sie sich einstellen müssen bzw. welche Informationen noch zu liefern sind. Darüber hinaus können Probleme im Netzwerk simuliert werden und es wird festgestellt, ob sie mit den jeweils vorhandenen Informationen bewältigt werden können. Partnerunternehmen sollen hier Vertrauen gewinnen und die Notwendigkeit erkennen, Informationen mit Unternehmen auszutauschen, die außerhalb und innerhalb des Netzwerks Konkurrenten sein können. Stellt sich heraus, dass ein bestimmtes Produkt nicht oder nicht umweltverträglich wiederaufbereitet werden kann, wird zur ersten Phase zurückgesprungen. Der Kundenbedarf und der Aufbau des Netzwerks werden von den Partnerunternehmen erneut geprüft, so dass im Idealfall neue und fehlende Kompetenzen und Informationen ausgetauscht werden. Der Netzwerkmanager organisiert die Machbarkeitsprüfung und ist für die Überwachung und Überarbeitung der nicht umsetzbaren Aufträge verantwortlich.

4. In der Vertriebsphase wird die grundsätzliche Machbarkeit des Refabrikations-Prozesses überprüft, indem die konkrete Prozessplanung und -optimierung durchgeführt werden. Dies geschieht wiederum mit Informationen über Kapazitäten, Verfügbarkeiten und Kosten aus den Partnerunternehmen. Als Ergebnis werden dem Kunden ein konkreter Aufbereitungsprozess und Angebote für das Werkstück mit Angabe der beteiligten Unternehmen, Qualitätsstandards, Gesamtkosten und Gesamtfertigstellungstermin vorgelegt. Wenn keine Lösung gefunden werden kann oder das Angebot nicht angenommen wird, wird zu Phase 1 zurückgesprungen, damit die Partnerunternehmen das Leistungsangebot des Netzwerks überarbeiten können.

5. Die Ausführungsphase umfasst den eigentlichen Aufbereitungsprozess. Die Teilaufgaben werden höchstwahrscheinlich räumlich verteilt und über mehrere Netzwerkpartner abgewickelt. Daher müssen nicht nur die Teilaufgaben, sondern auch die Transporte des demontierten Werkstücks koordiniert werden. Dies geschieht durch den Netzwerkmanager.

6. Schließlich erfolgt die Auslieferung und die Bewertung der verteilten Gesamtleistung im Refabrikations-Prozess. Hierbei werden auch die Phasen 1 bis 4 berücksichtigt. Die Einhaltung und Angemessenheit von Kosten, Zeiten und Ergebnisqualität werden überprüft und für zukünftige Prozesse berücksichtigt. Dies ist notwendig, um die Leistungsfähigkeit des Netzwerks an sich beurteilen zu können, auch wenn bei den jeweiligen Teilarbeitsschritten, individuelle Kennzahlen erhoben und Qualitätsprüfungs- und sicherungsmaßnahmen durchgeführt werden.

In Bild 1 ist das allgemeine Vorgehensmodell für ein regionales Refabrikationsnetzwerk dargestellt.
 


Bild 1: Bild 1: Vorgehensmodell für ein regionales Refabrikationsnetzwerk.

Der Netzwerkmanager ist für den Betrieb der Anwendungssysteme verantwortlich, die von den Netzwerkpartnern im Refabrikationsnetzwerk benötigt werden. Er integriert die Funktionen und Daten für den Gesamtprozess. Operativ bedeutet dies, dass er die Verfügbarkeit der Daten und die Ausführbarkeit der Teilaufgaben durch die Netzwerkpartner sicherstellt. Der Netzwerkmanager ist nicht die zentrale Entscheidungsinstanz. Der erste Kundenkontakt läuft über die Netzwerkpartner. Der Netzwerkmanager sorgt lediglich für eine zentrale Kundendatenbank und ermöglicht Auswertungen über nachgefragte Produkte und Kompetenzen. Er fordert die relevanten Daten bei den Netzwerkpartnern an und pflegt diese. Die Unternehmen entscheiden selbst, welche Daten dem Netzwerk zur Verfügung gestellt werden. Das Gleiche gilt für Machbarkeitsanalysen, Terminplanung und Durchführung. Viele der Aufgaben des Netzwerkmanagers können automatisiert werden: Erneuerung von Analysen, Datenaustausch, Mahnungen, Terminplanung, Kostenberechnungen und Berichterstattung über Leistungskennzahlen. Der individuelle Kundenkontakt muss dementsprechend in der Regel nicht zwangsweise notwendig sein. Intensiver Kontakt mit den Netzwerkpartnern findet nur im Schritt der „Machbarkeitsprüfung“ statt. Dabei handelt es sich um strategisch wichtige Aufgaben (Simulationsworkshops), in denen die Netzwerkpartner unter der Moderation des Netzwerkmanagers die Partnerstruktur (Szenariomodellierung) und die technische Machbarkeit der Refabrikation ermitteln. Dieser Teilschritt ist nur dann komplex, wenn neue Produktkategorien oder neue Partner in das Netzwerk aufgenommen werden. Der Netzwerkmanager wird als unabhängiger und autonomer Akteur im Netzwerk benötigt. Er hat kein persönliches Interesse am eigentlichen Herstellungsprozess und kann sicherstellen, dass kritische Daten von Partnerunternehmen nur für die Planung verwendet, aber nicht direkt an die anderen Netzwerkpartner weitergegeben werden.

Potenziale und Herausforderungen regionaler Refabrikationsnetzwerke

Ineffiziente Produktionsprozesse, der noch geglaubte wirtschaftliche Wachstumszwang und die Wegwerfgesellschaft verknappen unnötig die begrenzten natürlichen Ressourcen. Die Globalisierung hat zudem negative Effekte auf die Umwelt. In der Halbleiterindustrie wird z. B. ein Wafer dreimal um die Welt transportiert, bevor er an den Kunden ausgeliefert wird. Derartige lokale Optimierungen von Produktionsprozessen in Wertschöpfungsnetzwerken führen zu einem Raubbau an der Umwelt. Ein vielversprechender und aufstrebender Ansatz ist die Refabrikation von Produkten. Unter dem Dach der Kreislaufwirtschaft ermöglicht dieser Ansatz eine Senkung des Ressourcenverbrauchs. Um konsequent zu sein, muss dieser Ansatz jedoch in einem lokalen Kontext umgesetzt werden, damit logistischer Aufwand und die negativen Auswirkungen auf die Umwelt minimiert werden können.

 


Bild 2: Detaillierte Auflistung der Potenziale und Herausforderungen
regionaler Wiederaufbereitungsnetzwerke.

In diesem Beitrag wurde ein lokaler Refabrikations-Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, den Ressourcenverbrauch zu reduzieren, lokale Unternehmen zu fördern und effiziente Lösungen für die regionale Wieder- und Weiterverwendung von Gütern anzubieten. Der Ansatz ist prinzipiell für eine Vielzahl von Produkten geeignet. Insbesondere ist dies jedoch stark von der regionalen Nachfrage und den vorhandenen Kompetenzen abhängig. Besteht eine große regionale Nachfrage nach einer bestimmten Produktkategorie, ist der Aufbau eines regionalen Refabrikationsnetzwerkes sinnvoll, auch wenn überregionale Kompetenzen einbezogen werden müssen. Wenn gute regionale Kompetenzen vorhanden sind, kann ein solches Netzwerk auch gebildet werden, auch wenn die Nachfrage nach dieser Produktkategorie weniger aus der Region, sondern überregional kommt. Extremfälle sind z. B. billige Massenprodukte (z. B. Kaffeemaschinen) auf der einen Seite und große Spezialanfertigungen (z.B. Produktionsanlagen) auf der anderen Seite.

Dass die Kompetenzen innerhalb eines Netzwerkes komponierbar sind, ist ein notwendiges Kriterium. Das hinreichende Kriterium ist dann die wirtschaftliche Effizienz. Die Herausforderung für den Netzwerkmanager besteht darin, im Laufe der Zeit auszuloten, wie groß das Auftragsvolumen und die Produktkomplexität sein müssen oder können, damit das Netzwerk kostendeckend arbeitet.

Der vorgestellte Ansatz lässt sich nach unten skalieren, so dass Produktionsnetzwerke für bestimmte Produktkategorien nicht aufwändig simuliert, sondern direkt ohne Anspruch auf Wirtschaftlichkeit umgesetzt werden. Dies funktioniert jedoch nur, wenn es Netzwerkpartner gibt, die bestimmte Aktivitäten auf freiwilliger Basis durchführen (z. B. die Aufarbeitung von Kleingeräten in offenen Werkstätten). Insbesondere bei der Umsetzung eines hybriden Simulationsansatzes erscheint es zielführend, mit großen, mittelkomplexen Produkten zu beginnen. Mit zunehmender Erfahrung kann das Netzwerk dann auf komplexere Produkte oder auf Massenprodukte ausgeweitet werden. Für beide Ausrichtungen ist es sinnvoll, auch nicht-wirtschaftliche Wiederaufbereitungsszenarien in Betracht zu ziehen (Wiederaufbereitung von kostengünstigen Gegenständen für Bürger mit dem primären Ziel der Abfallvermeidung. Oder die Wiederaufbereitung von Spezialmaschinen, die für die regionale Wirtschaft existenziell wichtig sind). Dies wäre dann sogar ein Vorteil für die regionale Resilienz, damit man sich in Extremsituationen besser helfen kann.

Eine detaillierte Auflistung der Potenziale und Herausforderungen regionaler Wiederaufbereitungsnetzwerke ist in Bild 2 dargestellt.

Dieser Beitrag entstand teilweise im Rahmen der Nachwuchsforschungsgruppe ProMUT „Nachhaltigkeitsmanagement 4.0 – Transformative Potentiale digital-vernetzter Produktion für Mensch, Umwelt und Technik“ (Kennzeichen 01UU1705B), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in Rahmen der Förderinitiative „Sozial-ökologische Forschung“ gefördert wird. Darüber hinaus entstand der Beitrag teilweise im Rahmen des Weizenbaum-Instituts, welches durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (Kennzeichen 16DII131, “Deutsches Internet-Institut”) gefördert wird.

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Schlüsselwörter:

Refabrikation, Regionale Ansätze, Remanufacturing

Literatur:

[1] Rathore, P.; Kota, S; Chakrabarti, A.: Sustainability through Remanufacturing in India: A Case Study on Mobile Handsets. In: Journal of Cleaner Production 19 (2011) 15, S. 1709-22.
[2] Kumar, V; Sezersan, I; Garza-Reyes, J. A.; Gonzalez, EDRS; Moh’d Anwer, A-S.: Circular Economy in the Manufacturing Sector: Benefits, Opportunities and Barriers. In: Management Decision 57 (2019) 4, S. 1067-1086. https://doi.org/10.1108/MD-09-2018-1070.
[3] Gronau, N.; Weber. E.; Wander, P.; Ullrich, A.: A regional remanufacturing approach - Modeling and simulation of circular economy processes in the era of Industry 4.0. In: Plapper, P. (Hrsg): Digitization of the work environment for sustainable production. Berlin 2022. https://doi.org/10.30844/WGAB_2022_8.